Les cellules, unités vivantes, sont des assemblages complexes de molécules inertes

La cellule est l’unité fondamentale du vivant

Toute cellule est issue d’une autre cellule

L’ADN, macromolécule présente au cœur des cellules, est le support de l’information génétique chez les êtres vivants

L’ADN, transmis de génération en génération, est le support de l’hérédité

Les modifications de la molécule d’ADN (mutations) constituent le moteur de l’évolution des êtres vivants

Les outils de la seconde moitié du XXe siècle ont ouvert l’ère de la génomique et annoncent celle de la postgénomique !

Tous les êtres vivants sont constitués de cellules, unités élémentaires vivantes. Délimitées par une membrane, les cellules renferment des molécules qui baignent dans un milieu gélatineux : le cytoplasme. Elles sont de véritables usines qui réalisent l’ensemble des activités propres à la vie.

Il existe des êtres vivants formés d’une seule cellule : ils sont dits unicellulaires (bactéries, levures, algues microscopiques) et d’autres formés de plusieurs cellules : ils sont dits pluricellulaires ( animaux, végétaux supérieurs et certains champignons).

On distingue deux grands types de cellules : les cellules procaryotes qui ne contiennent pas de noyau (les cellules bactériennes) et les cellules eucaryotes qui contiennent un noyau et différents compartiments (les cellules animales, végétales et les cellules des champignons).

Au sein d’un même organisme, les cellules peuvent présenter une grande diversité de formes et de propriétés. Par exemple, une cellule nerveuse et une cellules musculaire n’ont ni la même forme, ni la même fonction. Chez un être humain adulte, constitué d’environ 70 000 milliards de cellules, il existe à peu près 200 types cellulaires différents. Malgré leur diversité de formes et de capacités, les cellules des êtres vivants présentent une certaine unité de structure et de fonctionnement 

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« Toute cellule provient d’une cellule » telle est la théorie cellulaire fondamentale.
En général, une cellule se reproduit en se divisant en deux cellules filles. Lors de cette division cellulaire, le matériel génétique (les chromosomes) se duplique puis se répartit également dans les deux cellules filles qui sont donc génétiquement identiques. C’est la mitose.
Lors de a fabrication de cellules sexuelles, des cellules vont également se diviser mais donner naissance à des cellules filles qui différentes entre elles. Les cellules filles ne portent que la moitié du matériel génétique de l’individu. La division qui aboutit à la formation des cellules sexuelles s’appelle la méiose.
Une cellule peut provenir de la fusion de deux cellules : lors de la fécondation, une cellule sexuelle femelle fusionne avec une cellule sexuelle mâle pour donner une cellule œuf. Un organisme entier va se développer à partir de cette cellule œuf. Au cours de ce développement  les cellules vont se différencier, c’est-à-dire que chaque cellule va acquérir sa fonction et sa forme selon l’expression de son matériel génétique. Le matériel génétique est le même dans toutes les cellules mais il n’est pas utilisé de la même façon.

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L’acide désoxyribonucléique ou ADN est la molécule qui sert de support de l’information génétique chez mes êtres vivants.
Cette macromolécule est constitué de deux brins qui s’enroulent l’un autour de l’autre, le tout formant une structure caractéristique en double hélice. Chaque brin est lui-même constitué d’un enchaînement de base azotée : l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). Les deux brins sont reliés par leurs bases selon une complémentarité stricte : A en face de T, G en face de C. L’ordre des bases A, T, G ou C le long de la molécule d'ADN varie d’un individu à l’autre ; leur nombre est caractéristique d’une espèce.
Certaines séquences de l’ADN sont porteuses d’une information, c’est-à-dire qu’elles servent à définir une caractéristique biologique, physique ou physiologique (comme la couleur du poil chez la souris) : on les appelle les gènes. Le nombre de gènes varie d’une espèce à l’autre. Ainsi le génome (ensemble des gènes) de la drosophile comporte environ 14 000 gènes et le génome humain environ 30 000.
Les cellules utilisent l’information génétique pour synthétiser des protéine, qui seront les molécules responsables, au final, d’un caractère ou d’une propriété biologique. Une protéine est un enchaînement d’acides aminés. Le code génétique, commun à tous les être vivants, fait correspondre un groupement de 3 bases azotées à un acide aminé.

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La structure de la molécule d’ADN permet d’expliquer le maintien de l’information génétique au cours des divisions cellulaires. En effet avant une division l’ADN doit se répliquer. Pour cela la double hélice d’ADN s’ouvre dans le sens de la longueur et des bases azotées libres s’associent le long de chaque brin, en respectant la complémentarité des bases. AU final, deux nouvelles molécules d’ADN, identiques au modèle original sont formées.
L’ADN est transmis de génération en génération au cours de la reproduction : c’est le support de l’hérédité. Il existe deux types de reproduction : sexuée et asexuée.
La reproduction asexuée produit des individus génétiquement identiques ou clones. C’est le mode de reproduction des bactéries. La totalité du matériel génétique est transmis du parent unique vers les descendants.
Lors de la reproduction sexuée, deux parents vont mettre en commun la moitié seulement de leur patrimoine génétique via les cellules sexuelles (gamètes). C’est le mode de reproduction de la plupart des eucaryotes.
Lors de la fabrication de gamètes ont lieu deux brassages génétiques : les chromosomes se répartissent aléatoirement pour que les gamètes n’aient plus que la moitié du matériel génétique et des chromosomes s’échangent des morceaux (recombinaison). Cela augmente encore le nombre de possibilités de gamètes différents.
Au moment de la fécondation, un gamète mâle, pris au hasard, rencontre un gamète femelle pris au hasard lui aussi.
Les informations génétiques sont alors en double puisqu’elles proviennent des deux parents. Tous les gènes sont donc présents en deux exemplaires ou deux versions.

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L’ancêtre de tous les êtres vivants, LUCA, serait apparu il y a plus de 3,8 milliards d’années. Comment, à partir de cette cellule très simple, la vie a-t-elle pu se diversifier ?
On peut imaginer que LUCA possédait déjà un fragment d’ADN qui lui permettait de fabriquer quelques protéines qui , à leur tour, participaient à la structure et aux réactions chimiques de cette cellule. L’ADN peut subir des changements, on parle de mutations : une base (A, T, C ou G) peut être remplacée par une autres (inversion), une ou plusieurs bases peuvent être rajoutées (insertion) ou enlevées (délétion). Ces mutations peuvent avoir lieu au moment de la réplication de l’ADN ou être provoquées par des agents extérieurs (rayons UV, rayonnements radioactifs, produits chimiques, etc.).
Une mutation a plusieurs effets : soit elle est neutre, soit elle est néfaste pour l’organisme et entraîne sa mort, soit elle est bénéfique. Une mutation peut être source d’évolution. Si la séquence d’ADN est modifiée de telle manière que la cellule est capable de fabriquer une nouvelle protéine et si cette modification apporte un avantage par rapport à l’environnement, cette cellule va se reproduire plus efficacement que les autres. Ses descendants seront de plus en plus nombreux. A l’inverse, parfois les parents transmettent des gènes mutés qui sont à l’origine de maladies génétiques. L’environnement opère une sélection naturelle des individus les plus aptes à survivre. Les modifications peuvent s’accumuler à tel point que cela entraîne l’apparition d’une espèce nouvelle.

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La découverte, dans les années 1970, des enzymes de restriction et des ligases, qui permettent respectivement de couper et de coller entre eux des fragments d’ADN a bouleversé l’approche du monde vivant. Il devient désormais possible d’isoler physiquement un gène (en découpant l’ADN de part et d’autre) et de l’intégrer dans le génome d’un autre organisme, cette manipulation est appelée transgénèse. Une nouvelle discipline est née : la biologie moléculaire, et avec elle l’essor du génie génétique et des biotechnologies. Leurs applications sont envisagées dans de nombreux domaines : industriel, agronomique, médical et judiciaire.
La transgénèse, utilisée chez les bactéries, les plantes ou les animaux, permet le développement des organismes génétiquement modifiés (OGM). Elle permet par exemple de créer des animaux modifiés pour modéliser des maladies, de créer des bactéries qui synthétisent de l’insuline humaine, ou encore des plantes résistantes aux insectes.
Appliquée à la médecine, la transgénèse offre un espoir de guérir certaines maladies par la thérapie génique. Associée à la thérapie cellulaire, elle constitue l’une des voies de recherche pour la médecine de demain.
Dans le domaine judiciaire, les empreintes génétiques permettent, depuis 1985, d’identifier un individu à partir de son ADN, ou de reconstituer sa filiation.
Durant les années 2000 le séquençage du génome de nombreuses espèces, et en particulier, celui de l’espèce humaine s’est achevé. Le séquençage consiste non seulement à déterminer l’ordre des bases d’un génome, mais aussi à repérer les séquences susceptibles d’être des gènes.
Les enjeux de la génétique et de la biologie moléculaire sont aujourd’hui considérables et suscitent de nombreuses interrogations, en particulier sur le plan éthique. Les questions de bio-éthique sont indissociables de ces avancées et font l’objet de débats aboutissant parfois à des mesures en terme de législation.

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